JP2731445B2 - サーマルヘッド - Google Patents

サーマルヘッド

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JP2731445B2 JP4484190A JP4484190A JP2731445B2 JP 2731445 B2 JP2731445 B2 JP 2731445B2 JP 4484190 A JP4484190 A JP 4484190A JP 4484190 A JP4484190 A JP 4484190A JP 2731445 B2 JP2731445 B2 JP 2731445B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サーマルプリンタに搭載され、印字情報に
従って通電加熱することにより所望の印字を行なうサー
マルヘッドに係り、特に、その熱効率の改良に関する。
〔従来の技術〕
一般に、感熱プリンタ、熱転写プリンタ等のサーマル
プリンタに搭載されるサーマルヘッドは、例えば、複数
の発熱抵抗体を絶縁性基板上に直線的に整列配置し、印
字情報に従って前記各発熱抵抗体を選択的に通電加熱さ
せて、感熱プリンタにおいては、感熱記録紙に発色記録
させ、また、熱転写プリンタにおいては、インクリボン
のインクを溶融して普通紙に転写記録させるようになっ
ている。
第7図は従来のこの種のサーマルヘッドの一例を示す
ものであり、アルミナ等の絶縁性基板1の上面には、蓄
熱層として機能するガラスからなるグレーズ層2が上面
が断面円弧状となるように部分的に積層されており、こ
のグレーズ層2の上面から絶縁性基板1の上面にかけて
は、Ta2N等からなる複数の発熱抵抗体3が、蒸着、スパ
ッタリング等により全体的に積層された後にフォトリソ
グラフィ技術のエッチングを行なうことにより直線状に
整列して形成されている。これらの各発熱抵抗体3の両
側の上面には、各発熱抵抗体3に対して通電するための
共通電極4aおよび個別電極4bがそれぞれ形成されてい
る。これらの各電極4a,4bは、例えば、Al、Cu、Au等の
軟質金属からなり、約2μmの厚みに蒸着、スパッタリ
ング等により全体的に積層された後にフォトリソグラフ
ィ技術のエッチングを行なうことにより所望の形状のパ
ターンに形成されている。そして、前記各発熱抵抗体3
は、前記共通電極4aおよび個別電極4b間に、最小印字単
位たる1ドット相当分の発熱ドット3Aを露出するように
して各個独立に形成され、この発熱抵抗体3の発熱ドッ
ト3Aは、前記各電極4a,4b間に電圧を印加することによ
り発熱されるようになっている。
前記絶縁性基板1、グレーズ層2、各発熱抵抗体3お
よび各電極4a,4bの上面には、各発熱抵抗体3および電
極4a,4bを保護する約7〜10μmの膜厚の保護層5が積
層されており、この保護層5は、発熱抵抗体3を酸化に
よる劣化から保護するSiO2等からなるほぼ2μmの膜厚
の耐酸化層6と、この耐酸化層6上に積層され感熱記録
紙、インクリボン等の感熱記録部材との接触による摩耗
から各発熱抵抗体3および電極4a,4bを保護するTa2O5
からなる約5〜8μmの膜厚の耐摩耗層7とから構成さ
れており、この保護層5は、前記各電極4a,4bの端子部
以外の表面のすべてを被覆するようになっている。この
保護層5の耐酸化層6および耐摩耗層7は、スパッタリ
ング等の手段により順次形成されるようになっている。
なお、実際のサーマルヘッドの製造においては、ひと
つの絶縁性基板1上に複数個のサーマルヘッドを形成す
るようになっているため、最終工程において前記絶縁性
基板1を分割して所定数のサーマルヘッドチップを得る
ようになっている。
前述した従来のサーマルヘッドを使用する熱転写プリ
ンタにおいては、このサーマルヘッドをインクリボンを
介して用紙に圧接させ、所定の印字情報に基づいて所望
のドットに対応する個別電極4bに通電することにより、
その発熱抵抗体層3を発熱させ、前記インクリボンのイ
ンクを前記用紙に溶融転写させることにより、前記用紙
上に所望の印字を行なうことができる。
第8図は従来のこの種のサーマルヘッドの他例を示す
ものであり、前述した第7図のものとはグレーズ層2の
形状が異なっている。
すなわち、第7図のグレーズ層2は上面が断面円弧状
となるように絶縁性基板1上に部分的に形成されていた
のに対し、第8図のグレーズ層2は上面が平面となるよ
うに絶縁性基板1上の所定範囲の全域に形成されてい
る。したがって、この第8図のものは第7図のものより
上面が平面に近くなっている。なお、その他の構成は第
7図と同様である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述した従来のサーマルヘッドにおい
ては、前記発熱抵抗体3において通電により発生した熱
量、グレーズ量2方向に伝達されてその約40%の熱量が
失われるとともに、各電極4a,4b方向にも約40%の熱量
が伝達されて失われてしまうことから、わずか20%の熱
量のみが印字エネルギとして有効に利用されるにすぎな
い。したがって、熱効率が著しく低下してしまい、印字
エネルギ密度を高く保持することができず、大きなエネ
ルギ損失を生じてしまうという問題点を有している。
また、熱効率を向上するために前記グレーズ層2の厚
さ寸法を大きく形成すると、グレーズ層2の熱容量が大
きくなって蓄熱量が増大し、高速印字に必要な高速熱応
答性を得ることができなくなってしまうという問題点を
有している。
本発明は、前述した従来のものにおける問題点を解決
し、熱効率を向上するとともに、高速熱応答性を高める
ことのできるサーマルヘッドを提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
前述した目的を達成するため請求項第1項のサーマル
ヘッドは、絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグ
レーズ層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体
に選択的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層
して各発熱抵抗体に発熱ドットを形成し、これらの上方
を保護層により被覆してなるサーマルヘッドにおいて、
前記グレーズ層上に、複数の発熱抵抗体を形成するとと
もに、各発熱抵抗体上に、共通電極および個別電極を両
者間の発熱抵抗体上に発熱ドットが形成されるように間
隔を隔てて形成し、これらのグレーズ層、発熱抵抗体お
よび電極上に、共通電極または各個別電極の上方に開口
を形成してなる絶縁体層を形成し、この絶縁体層上およ
び前記各開口内に前記各開口を介して接続された電極の
リード線を形成したことを特徴としている。
また、請求項第2項のサーマルヘッドは、絶縁性基板
上にグレーズ層を形成し、このグレーズ層上に、複数の
発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選択的に通電する複
数の電極をそれぞれ整列状に積層して各発熱抵抗体に発
熱ドットを形成し、これらの上方を保護層により被覆し
てなるサーマルヘッドにおいて、前記グレーズ層上に、
共通電極および複数の個別電極を間隔を隔てて形成し、
これらの電極およびグレーズ層上に、共通電極および個
別電極間に発熱ドットが形成されるように複数の発熱抵
抗体を形成し、これらのグレーズ層、電極および発熱抵
抗体上に、共通電極または各個別電極の上方に開口を形
成してなる絶縁体層を形成し、この絶縁体層上および前
記各開口内に、前記各開口を介して接続された電極のリ
ード線を形成したことを特徴としている。
さらに、請求項第3項のサーマルヘッドは、請求項第
1項または第2項において、リード線が、前記発熱抵抗
体の発熱ドットの上方を被覆することを特徴としてい
る。
〔作 用〕
前述した構成からなる請求項第1項および第2項に記
載した本発明のサーマルヘッドによれば、いずれかの発
熱抵抗体の発熱ドットへの通電により発生した熱は、発
熱抵抗体の上方に絶縁体層を介して配置されたリード線
が絶縁体層と保護層の間に介装されているため、リード
線により保護層側への伝達性が著しく向上する。この結
果、グレーズ層を介して絶縁性基板へ放熱していた熱量
が低減されるようになり、熱効率が向上し、印字エネル
ギ密度を高くすることができる。
また、本発明の電極構成によれば、各発熱抵抗体の発
熱ドットを絶縁性基板の端部に位置させるいわゆるリア
ルエッジ化を極限化できるため、プラテンとの接触性を
より高めることができ、高度の高速印字性を達成するこ
とができる。
さらに、請求項第3項のように、発熱ドットの直上に
までリード線を位置せしめることにより、保護層側への
熱の伝導性をさらに向上することができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。な
お、前述した従来のものと同一ないしは相当する構成に
ついては、図面中に同一の符号を付して説明する。
第1図A,Bおよび第2図は請求項第1項に対応する実
施例を示すものであり、本実施例のサーマルヘッドは、
絶縁性基板1の一端部に各発熱抵抗体の発熱ドットが形
成されるいわゆるリアルエッジ型のものとされている。
本実施例において、アルミナ等からなる絶縁性基板1
上には、ガラス等からなるグレーズ層2が焼付けにより
上面が平面となるようにほぼ全面に積層されており、後
述する発熱ドット3Aの形成予定領域となる絶縁性基板1
の一端部上のグレーズ層2には、ほぼ台形状の突起2Aが
形成されている。この突起2Aは、グレーズ層2をまず突
起2Aの頂部までの高さとなるように絶縁性基板1上にほ
ぼ全面的に積層し、その後フォトリソグラフィ技術のエ
ッチングを行なうことにより形成される。
前記グレーズ層2上には、約0.3μmの膜厚でTa−SiO
2からなり発熱抵抗体3を構成する発熱抵抗体層が積層
され、この発熱抵抗体層は、約700℃で真空アニール処
理を行なうことにより抵抗値の安定化がはかられてい
る。この発熱抵抗体層上には、約0.3μmのW,MoまたはA
l,Cu,Au等からなり電極4を構成する電極層が積層され
る。そして、フォトリソグラフィ技術のエッチングを行
なうことにより、共通電極4aおよび複数の個別電極4bが
発熱抵抗体3の整列方向に間隔を隔てて形成される。ま
た、さらに発熱抵抗体層を各電極4とほぼ同じパターン
でエッチングすることにより複数の発熱抵抗体3が整列
状に形成される。
そして、本実施例のサーマルヘッドは、前述したよう
にリアルエッジ型とされているため、隣位の1対の発熱
抵抗体3は、それぞれの発熱ドット3Aの絶縁性基板1の
一端部側を幅の狭い折返し電極4cにより電気的に接続さ
れ、共通電極4aおよび個別電極4bは発熱ドット3Aから同
一方向に導出されている。
前記グレーズ層2、発熱抵抗体3および電極4上に
は、SiO2等からなる絶縁体層8がほぼ全面的に積層され
る。そして、フォトリソグラフィ技術のエッチングによ
り各個別電極4b上の絶縁体層8にそれぞれ開口(スルー
ホール)9を形成し、各個別電極4b上面を露出する。な
お、前記絶縁体層8の形成においては、電気的短絡等の
重大な不良を招来しないようにするために、ピンホール
の発生を防止しなければならず、このため、スパッタリ
ングまたは化学蒸着法(CVD)により0.1μmの膜厚に成
膜した後、この製造の中間段階にあるサーマルヘッドの
全面を洗浄し、再度、同様の方法により積層する方法を
とることにより、ピンホール欠陥のない絶縁体層8を形
成することができる。
ついで、前記絶縁体層8上および絶縁体層8の各開口
9内に、さらに、高融点金属W,Mo,Ti,Cr等からなる電極
層およびAl,Cu,Au等からなる電極層により2層構造のリ
ード線10を構成する電極層を積層され、この電極層に対
しフォトリソグラフィ技術のエッチングを行なうことに
より前記リード線10が形成される。このリード線10は、
前記絶縁体層8に形成されている各開口9内にも形成さ
れているので、各個別電極4bに直接接続されることにな
る、また、本実施例における各リード線10はそれぞれ各
発熱抵抗体3の発熱ドット3Aの上方のほぼ全面に張り出
すようにして形成されており、この各発熱ドット3Aの上
方においては、Al,Cl,Auのような軟質金属はエッチング
により除去して、W,Mu,Ti,Cr等の硬質な高融点金属のみ
によりリード線10を形成する。このようにすることによ
り発熱抵抗体3への直電により発熱抵抗体3の発熱ドッ
ト3Aにおいて発生した熱が薄い膜厚の絶縁体層8を伝熱
して、リード線10を構成する熱伝導性の比較的大きな金
属からなる電極層に速やかに吸収されるので、その分グ
レーズ層2側への熱損失が軽減できるようになる。な
お、この上にSi3N4等からなる約3〜5μmの膜厚の保
護層5が積層され、その後、各発熱抵抗体3の発熱ドッ
ト3Aの近傍においてダイシングを行なって複数のチップ
に分割することによってリアルエッジタイプのサーマル
ヘッドが完成する。
このように、本実施例のサーマルヘッドは、絶縁体層
8を電極4およびリード線10間の層間絶縁層に用いて、
共通電極4aと、個別電極4bのリード線10との多層配線を
行ない、しかも、絶縁体層8上に形成する各リード線10
を各発熱抵抗体3の発熱ドット3A上のほぼ全面に張り出
させて形成している。
このように構成することにより、発熱抵抗体3の発熱
ドット3Aにおいて発生した熱は、絶縁体層8を伝熱して
各リード線10の金属層に吸収され、速やかに通電された
発熱抵抗体3の発熱ドット3Aの全体を加熱することがで
きる。この結果、発熱ドット3Aの温度分布は、ピーク温
度が高くなるとともに発熱面積も広がるので、印加電圧
に対する印字エネルギ密度を著しく高めることができ
る。
また、本実施例の電極構成はリアルエッジを極限化で
きるため、インクリボン、感熱記録紙といった感熱記録
部材のバックアップとなるプラテン(図示せず)との接
触性を著しく高めることができる。これらの作用とあい
まって、より熱効率が向上することにより高速印字性の
向上が図られる。
第3図は第1図A,Bおよび第2図の実施例の変形例を
示すものであり、本実施例においては、各個別電極4bを
絶縁体層8の下方に構成するとともに、共通電極4aを、
絶縁体層8の上方に位置しているリード線(図示せず)
と接続するようにしたものである。
このような第3図の実施例によっても第1実施例と同
様の効果を奏することができる。
第4図A,Bおよび第5図は請求項第2項に対応する本
発明の第3実施例を示すものであり、本実施例において
は、前述した第1実施例および第2実施例と異なり、グ
レーズ層2上に共通電極4a、個別電極4bおよび折返し電
極4cを配設し、これらの電極4の上に各発熱抵抗体3を
形成したものである。
このような構成においては、各個別電極4bと各リード
線10とを電気的に接続させるために絶縁体層8に形成さ
れる各開口9は、各個別電極4bとの電気的接続には何ら
支障がない。
したがって、本実施例によっても第1実施例と同様の
効果を奏することができる。
第6図は第4図A,Bおよび第5図の実施例の変形例を
示すものであり、前述した第3図の実施例と同様、共通
電極4aを絶縁体層8の上方に位置しているリード線(図
示せず)と接続するようにしたものである。
このような第6図の実施例によっても第1実施例と同
様の効果を奏することができる。
なお、本発明は前述した各実施例に限定されるもので
はなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係るサーマルヘッドは、
熱効率を向上するとともに、高速熱応答性を高めること
ができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図A,Bおよび第2図は本発明に係るサーマルヘッド
の第1実施例を示すものであり、第1図Aは製造の中間
段階における縦断面図、第1図Bは第1図Aの平面図、
第2図は一部を省略した平面図、第3図は本発明の第2
実施例を示す第1図Bと同様の図、第4図A,Bおよび第
5図は本発明の第3実施例を示すものであり、第4図A
は第1図Aに相当する図、第4図Bは第1図Bに相当す
る図、第5図は縦断面図、第6図は本発明の第4実施例
を示す第1図Bと同様の図、第7図および第8図はそれ
ぞれ従来のサーマルヘッドを示す縦断面図である。 1……絶縁性基板、2……グレーズ層、2A……突起、3
……発熱抵抗体、3A……発熱ドット、4……電極、4a…
…共通電極、4b……個別電極、4c……折返し電極、8…
…絶縁体層、9……開口、10……リード線。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、この
    グレーズ層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗
    体に選択的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積
    層して各発熱抵抗体に発熱ドットを形成し、これらの上
    方を保護層により被覆してなるサーマルヘッドにおい
    て、前記グレーズ層上に、複数の発熱抵抗体を形成する
    とともに、各発熱抵抗体上に、共通電極および個別電極
    を両者間の発熱抵抗体上に発熱ドットが形成されるよう
    に間隔を隔てて形成し、これらのグレーズ層、発熱抵抗
    体および電極上に、共通電極または各個別電極の上方に
    開口を形成してなる絶縁体層を形成し、この絶縁体層上
    および前記各開口内に前記各開口を介して接続された電
    極のリード線を形成したことを特徴とするサーマルヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、この
    グレーズ層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗
    体に選択的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積
    層して各発熱抵抗体に発熱ドットを形成し、これらの上
    方を保護層により被覆してなるサーマルヘッドにおい
    て、前記グレーズ層上に、共通電極および複数の個別電
    極を間隔を隔てて形成し、これらの電極およびグレーズ
    層上に、共通電極および個別電極間に発熱ドットが形成
    されるように複数の発熱抵抗体を形成し、これらのグレ
    ーズ層、電極および発熱抵抗体上に、共通電極または各
    個別電極の上方に開口を形成してなる絶縁体層を形成
    し、この絶縁体層上および前記各開口内に、前記各開口
    を介して接続された電極のリード線を形成したことを特
    徴とするサーマルヘッド。
  3. 【請求項3】前記リード線が、前記発熱抵抗体の発熱ド
    ットの上方を被覆することを特徴としている請求項第1
    項または第2項記載のサーマルヘッド。
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